[发明专利]一种多功能测试分析声模拟器的设计与实现方法

权利要求书

1.一种多功能测试分析声模拟器的设计与实现方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：根据功能需求及设计指标要求，设计并实现目标模拟功能模块、信号采集与分析功能模块、复盘分析模块及声线绘制模块；

步骤二：设计并实现显控界面及辅助功能模块，功能运行时，通过显控界面进行参数配置，启动相应的辅助功能模块帮助声模拟器系统完成既定工作并通过显控界面对运行结果进行显示；

步骤三：当运行目标模拟功能时，计算机将数据传输至发射机箱，完成信号发射工作；

步骤四：当运行信号采集与分析功能时，计算机将通过接收换能器采集声信号，计算功率谱并进行降采样处理；

步骤五：当运行复盘分析或声线绘制模块时，计算机可无需依赖外部硬件设备，通过本地文件获取必要数据，计算并对结果进行显示；

所述目标模拟功能模块具体操作为：

目标模拟功能模块针对发射换能器完成幅频特性匹配后，按(1)式计算发射信号统计归一化参数：

η＝max{|max[x₀(n)]|,|min[x₀(n)]|} n∈[0,N₀-1] (1)

其中η为统计归一化参数，N₀为样本信号点数，x₀(n)为发射信号；

统计归一化后按(2)式完成发射信号的幅度变换：

其中x_N(n)为幅度变换后的信号，N为生成信号点数；

目标模拟所需的经纬度定位信息由与计算机连接的便携式GPS信号接收器通过串口通信上传；发射换能器深度信息由信号发射机箱通过网口通信上传，经由(3)式、(4)式解算得到发射换能器深度；

其中V为压力传感器输出电压，D为深度，N_v为输出电压转换后数值，V₀为参考电压；

所述复盘分析模块具体操作为：

复盘分析模块读取目标的GPS定位信息，通过(6)式和(7)式完成坐标投影转换：

其中，

T＝tg²B；C＝e'²cos²B；A＝(L-L₀)cosB；

式中，L为经度，B为纬度，L₀为中央经线经度；a、e、k₀、FE均为基于卡索夫斯基椭球参数的常数参数，可通过查表获得；

坐标转换后，运用基于冗余信息的噪点剔除方法完成轨迹点的错误点剔除并通过求解(8)式方程对目标运动轨迹进行三次样条插值平滑处理；设模拟曲线表达式为S_i(x)＝a_i+b_i(x-x_i)+c_i(x-x_i)²+d_i(x-x_i)³且已知n+1个数据点[x_i,y_i]，i＝0,1…,n，h_i＝x_i+1-x_i，m_i＝S”_i(x_i)＝2c_i，则方程式(8)表示为：

处理后根据坐标点信息计算相对距离及坐标方位角；

所述声线绘制模块具体操作为：

声线绘制模块首先根据设定参数通过(9)式计算海底反射系数：

其中m＝ρ₂/ρ₁，n＝c₁/c₂，Vb(θ)为海底反射系数，θ₁、θ₂分别表示入射波与折射波掠角，I_r为入射声强，I_i为反射声强，ρ₁和ρ₂为两种介质密度，c₂和c₁为两种介质内的声速；

然后根据不同深度声速分布信息及反射系数，调用Bellhop射线跟踪模型计算声线坐标及幅度、时延，完成声线绘制及筛选。